博創(chuàng)嵌入式培訓PPT——嵌入式系統(tǒng)硬件設計基礎與標準(模板)

1、第第8章章嵌入式系統(tǒng)硬件設計基礎與標準第八章第八章 嵌入式系統(tǒng)硬件設計基礎嵌入式系統(tǒng)硬件設計基礎與標準與標準對于嵌入式Linux系統(tǒng)來說，跟硬件相關的程序設計離不開硬件基礎知識。本章作為硬件方面的補充，主要講述了嵌入式系統(tǒng)的硬件組成、硬件設計基礎知識與注意事項等內容。通過實驗，讀者能夠基本掌握看懂簡單電路圖與芯片數據手冊能力，并理解從基本器件到系統(tǒng)核心設計的過程。對于嵌入式Linux純軟件開發(fā)人員來說，本章可以略讀；對于驅動開發(fā)和與硬件打交道密切人員，需要加強則。基于OMAP的加密終端硬件設計實驗給出了系統(tǒng)硬件上所需要考慮的問題樣例。主要內容主要內容 第一節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬

2、件組成 第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 第三節(jié) 硬件設計中應注意的一些問題硬件設計中應注意的一些問題 一個完整的嵌入式系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分。硬件是嵌入式系統(tǒng)底層的、基礎的部分，對于不同的嵌入式系統(tǒng)，其硬件的實現基本不同。但是，一般的嵌入式系統(tǒng)硬件可分為如下幾個部分：嵌入式微處理器、存儲器、輸入/輸出設備、通信及擴展接口。一、嵌入式微處理器一、嵌入式微處理器 二、存儲器二、存儲器 三、輸入三、輸入/輸入設備輸入設備 四、通信與擴展接口四、通信與擴展接口 第一節(jié)第一節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成 嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件，是決定嵌入式系統(tǒng)功能的主要因素，也

3、決定了嵌入式系統(tǒng)的應用范圍和開發(fā)復雜度。嵌入式微處理器與通用處理器的最大區(qū)別在于，嵌入式微處理器一般工作于特定的系統(tǒng)中，通常把通用處理器中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于實現嵌入式系統(tǒng)設計小型化、高效率、高可靠性等特點。有時，為了滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器還會在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面加以增強。第一節(jié)第一節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成 一、嵌入式微處理器一、嵌入式微處理器 一般來說，嵌入式微處理器具有以下特點： 具有較強的實時多任務處理能力，能完成多任務并且中斷響應時間較短，從而使內部的代碼和實時內核的執(zhí)行時間減少到最低程度。 具有強大的存儲

4、區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結構已實現模塊化，為了避免在軟件模塊之間出現錯誤操作和不必要的交叉作用，需要設計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。 可擴展的處理器結構。一般在處理器內部都留有很多擴展接口，以便對應用進行擴展。 提供豐富的調試功能。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程大部分使用交叉編譯，豐富的調試接口可以使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)更加方便。 嵌入式微處理器必須功耗很低，對于那些靠電池供電的便攜式系統(tǒng)更是如此，有的系統(tǒng)要求功耗達到mW甚至W級。許多嵌入式微處理器提供幾種工作模式，如正常工作模式、備用模式、省電模式等，從而為嵌第一節(jié)第一節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成 一、嵌入式微

5、處理器一、嵌入式微處理器 存儲器是嵌入式系統(tǒng)的“記憶”部件，是嵌入式系統(tǒng)的另一個重要的組成部分。在嵌入式系統(tǒng)中，按照信息的易失性，把存儲器分為易失性存儲器和非易失性存儲器。易失性存儲器是指存儲器中的信息掉電即消失，不能持久保存；相比之下，非易失性存儲器中的數據則不會在掉電后消失，可以持久保存。下面來詳細介紹嵌入式系統(tǒng)中常用的易失性和非易失性存儲器。1. 易失性存儲器易失性存儲器在嵌入式系統(tǒng)中，最常用的易失性存儲器是隨機存儲器（Random Access Memory，簡稱RAM）。按照存儲機理的不同，RAM又可分為動態(tài)RAM（Dynamic RAM，DRAM）和靜態(tài)RAM（Static RAM

6、，SRAM）。 2. 非易失性存儲器非易失性存儲器在嵌入式系統(tǒng)中，常用的非易失性存儲器有只讀存儲器（ROM）、Flash和微硬盤（MicroDrive）。第一節(jié)第一節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成 二、存儲器二、存儲器 1. 輸入設備輸入設備 計算機要按人的要求進行工作，就必須能夠接受人的命令，將完成各種工作所需要的原始數據送入計算機系統(tǒng)內。承擔這些任務的就是計算機的輸入設備。輸入設備的功能是輸入程序、數據、指令及各種字符信息。操作者通過輸入設備可對系統(tǒng)發(fā)出指令，與系統(tǒng)“對話”，是人與系統(tǒng)之間進行信息交換的主要裝置之一。嵌入式系統(tǒng)同樣也離不開輸入設備。通用計算機系統(tǒng)的輸入設備種類不

7、是很多，比較常用的有鍵盤、鼠標、觸摸屏和掃描儀等。相比之下，嵌入式系統(tǒng)的輸入設備就是五花八門了，比較常見的有按鍵、鍵盤、鼠標、手柄、觸摸屏、聲控/光控開關等。按照輸入設備實現機理的不同，嵌入式系統(tǒng)的輸入設備可分為機械式、觸控式、聲光式三類。 第一節(jié)第一節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成 三、輸入三、輸入/輸入設備輸入設備 2. 輸出設備輸出設備 輸出設備是計算機系統(tǒng)向用戶傳送計算、處理信息結果的部件。輸出設備的功能是輸出處理結果，把系統(tǒng)對信息進行加工、處理的結果顯示或打印出來。通用計算機系統(tǒng)中常見的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀等，在嵌入式系統(tǒng)中除了以上幾種之外，還有LED指示燈以

8、及揚聲器等音頻設備。顯示器是最常用的輸出設備，可分為球面顯示器和平板顯示器兩類。球面顯示器中最常見的就是傳統(tǒng)的CRT顯示器。由于球面顯示器的體積都比較大，因此不適合用于嵌入式系統(tǒng)的顯示。在嵌入式系統(tǒng)中通常使用平板顯示器來輸出、顯示數據。在平板顯示技術中最重要的就是液晶顯示技術?，F在，液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）已廣泛用于嵌入式系統(tǒng)。第一節(jié)第一節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成 三、輸入三、輸入/輸入設備輸入設備 嵌入式系統(tǒng)與外設及其他計算機系統(tǒng)通信時，若要進行功能擴展，就離不開通信和擴展接口。接口是在主板和某一類外設之間的適配電路，可以解決主板和

9、外設之間在工作速度、數據格式和電壓等級上的相互匹配問題。接口在嵌入式系統(tǒng)中扮演著溝通外部世界的“橋梁”作用。嵌入式系統(tǒng)中接口的形式和方法多種多樣。 嵌入式系統(tǒng)的通信接口可分為有線接口和無線接口兩種。有線接口在設計上必須考慮以下幾個因素。首先是電位匹配，就是嵌入式系統(tǒng)微處理器所提供與接收信號的點位必須與相連接的外圍裝置相同，否則會發(fā)生一方點位較高，導致電路的毀損，或者是電位不同，無法準確判斷所代表的正確信號。其次就是要防止連接時干擾的產生。當接口連接時，若是連接不完全，會出現信號傳遞受阻的問題。還要考慮驅動電位的問題，有的外設需要比較大的功率來驅動，若功率太低，則外設無法正常操作。在嵌入式系統(tǒng)中

10、比較常用的有線接口有RS-232接口、USB接口、IEEE-1394接口及RJ-45接口等。第一節(jié)第一節(jié) 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成 四、通信與擴展接口四、通信與擴展接口 要進行嵌入式系統(tǒng)硬件設計，必須掌握一些硬件設計的基礎知識。要理解計算機的體系結構，同時還要掌握電子學方面的知識，例如電子技術、抗干擾技術以及印制電路板技術等等。當然，針對不同的嵌入式系統(tǒng)硬件，還會涉及很多更專業(yè)的技術，本節(jié)只簡單地介紹一些基本的、通用的技術 一、計算機體系結構一、計算機體系結構 二、電子技術二、電子技術 三、抗干擾技術三、抗干擾技術 四、印制電路板四、印制電路板 第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬

11、件設計基礎知識 1. 馮馮諾依曼諾依曼體系結構體系結構1945年，馮諾依曼首先提出了“存儲程序”的概念和二進制原理。后來，人們把利用這種概念和原理設計的電子計算機系統(tǒng)統(tǒng)稱為馮諾依曼機。馮諾依曼機最大的特點是將指令和數據都存儲在一個存儲器中，其計算系統(tǒng)由一個中央處理單元（CPU）和一個存儲器組成。存儲器存有指令和數據，并且可以根據所給的地址對這些指令和數據進行讀或寫，如右圖所示。例如Intel 8086、ARM7、MIPS等處理器都是采用馮諾依曼體系結構。第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 一、計算機體系結構一、計算機體系結構 2. 哈佛體系結構哈佛體系結構隨著計算機技術的不斷發(fā)展，

12、 馮諾依曼體系結構的一些缺點開始暴露出來。例如不能同時取指令和取操作數，從而形成傳輸過程的瓶頸。針對這一缺點，提出了哈佛體系結構 與馮諾依曼體系結構比較，哈佛體系結構有兩個明顯的特點：使用兩個獨立的存儲器模塊分別存儲指令和數據，每個存儲模塊都不允許指令和數據并存。使用獨立的兩條總線，分別作為CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑，而這兩條總線之間毫無關聯(lián)。采用哈佛體系結構的處理器有摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ARM9和ARM10系列等。 第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 一、計算機體系結構一、計算機體系結構 電子技術是研究電子器件、電子電路及其應用的科學技

13、術。其中，電子器件用來實現信號的產生、放大、調制及探測等功能，常見的電子器件有電子管、晶體管和集成電路等；電子電路是組成電子設備的基本單元，由電阻、電容、電感等電子元件和電子器件構成，具有某種特定功能。奠定電子技術的兩大基石是模擬電子技術和數字電子技術。1. 模擬信號和數字信號模擬信號和數字信號信號是信息的載體。在人們周圍的環(huán)境中，存在著電、聲、光、磁、力等各種形式的信號。電子技術所處理的對象是載有信息的電信號。目前，對于電信號的處理技術已經比較成熟。但是，在通信、測量、自動控制以及日常生活等各個領域也會遇到非電信號的處理問題，在實際中經常需要把待處理的非電信號轉變成電信號，經過處理后再還原成

14、非電信號。在電子技術中遇到的電信號按其不同特點可分為模擬信號和數字信號。第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 二、電子技術二、電子技術 1）模擬信號）模擬信號在時間上和幅值上均連續(xù)的信號叫做模擬信號。此類信號的特點是在一定動態(tài)范圍內幅值可取任意值。許多物理量，例如聲音、壓力、溫度等，均可通過相應的傳感器轉換為時間連續(xù)、數值連續(xù)的電壓或電流。2）數字信號）數字信號與模擬信號相對應，時間和幅值均離散（不連續(xù)）的信號叫做數字信號。數字信號的特點是幅值只可以取有限個值。對于同一個物理量，既可以采用模擬信號進行表征，也可以采用數字信號進行表征。例如，傳統(tǒng)的錄音磁帶是以模擬形式記錄聲音信息的，而

15、CD光盤（compact laser disk）則是以數字形式記錄聲音信息的。第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 二、電子技術二、電子技術 2. 模擬電路與數字電路模擬電路與數字電路由于模擬信號和數字信號的特點不同，處理這兩種信號的方法和電路也有所不同。一般地，電子電路可分為模擬電路和數字電路兩大類。1）模擬電路）模擬電路處理模擬信號的電子電路稱為模擬電路。模擬電路研究的重點是信號在處理過程中的波形變化以及器件和電路對信號波形的影響，主要采用電路分析的方法。2）數字電路）數字電路處理數字信號的電子電路稱為數字電路。數字電路著重研究各種電路的輸入和輸出之間的邏輯關系，分析時常利用邏輯

16、代數、真值表、卡諾圖和狀態(tài)轉換圖等方法。第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 二、電子技術二、電子技術 模擬電路和數字電路的分析方法有很大的差別，這是由模擬信號和數字信號的不同特點決定的。由于電子電路分為模擬電路和數字電路兩部分，因此電子技術也被人們分為模擬電子技術和數字電子技術。但是這兩種技術并不是孤立的，在許多情況下往往會兩種技術并用。 隨著電子技術的不斷發(fā)展，數字電路的應用越來越廣泛，在很多領域取代了模擬電路。其主要原因是： 數字電路更易采用各種算法進行編程，使其應用更加靈活。 數字電路可以提供更高的工作速度。 采用數字電路，數字信息的范圍可以更寬，表示精度可以更高。 數字電路

17、可以采用嵌入式糾錯系統(tǒng)。 數字電路比模擬電路更易做到微型化，等等。第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 二、電子技術二、電子技術 1，電磁干擾的形成因素，電磁干擾的形成因素我們把設備或系統(tǒng)中有用信號以外的所有電磁信號稱為電磁噪聲（簡稱噪聲）。電磁噪聲會引發(fā)不期望得到的結果，稱為電磁干擾（簡稱干擾）。電磁干擾由電磁干擾源發(fā)射，經過耦合途徑傳輸到被干擾設備（敏感設備）。因此，形成電磁干擾必須具備下列三個基本要素（稱為干擾的三要素）：1）電磁干擾源。任何形式的人工電子、電氣設備或自然現象所發(fā)射出的電磁能量，使處于相同環(huán)境的其他設備、人和其他生物受到危害，導致不期望的后果，這種發(fā)射電磁能的裝

18、置或自然現象即稱為電磁干擾源。2）傳輸通道。傳輸通道又稱耦合途徑或耦合通道，是指把電磁能量從干擾源傳輸（或耦合）到敏感設備上，即傳送電磁干擾的通路或媒介。3）敏感設備。敏感設備又稱為被干擾設備，指當在電磁干擾源發(fā)射的電磁能量發(fā)生電磁危害時，導致性能降低的器件、設備或系統(tǒng)，以及受到危害的人或其他生物。許多器件、設備或系統(tǒng)既是電磁干擾源又是敏感設備。第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 三、抗干擾技術三、抗干擾技術 2，電磁兼容性，電磁兼容性1）電磁兼容性定義電磁兼容性（ElectroMagnetic Compatibility，EMC）的定義是：設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作，且不

19、對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁干擾的能力。2）電磁兼容性設計電磁兼容性設計主要包括兩方面內容：對周圍電磁干擾物理特性進行估算與測定。對設備承受電磁干擾能力，即抗干擾裕度進行分析或試驗測定。 前者要求對電子、電氣設備所處電磁環(huán)境進行評估，需要研究電磁干擾源的特性及干擾傳播途徑，估算和測定出在現有環(huán)境條件下可能出現的最大干擾強度。在此基礎上，采取必要的措施抑制干擾源或者阻斷干擾的傳播途徑，使干擾強度不致于影響整個系統(tǒng)或設備的正常工作。 后者要求對可能受干擾影響的設備或系統(tǒng)的抗干擾能力做出評價，利用分析計算方法或者試驗測量求得設備承受電磁干擾的極限值和噪聲敏感度，提高信噪比等。第二節(jié)第二節(jié) 硬

20、件設計基礎知識硬件設計基礎知識 三、抗干擾技術三、抗干擾技術 3，電磁干擾控制的一般方法，電磁干擾控制的一般方法1）精心選擇元器件：元器件是構成部件或系統(tǒng)的基礎。要選擇集成度高、抗干擾能力強、功耗小的電子器件。2）元部件要精密調整：元器件的精度是系統(tǒng)完成既定功能的重要保證。因此，在使用前或經過一段運行時間之后，都應對元器件及部件進行精確調整，如A/D芯片的調零及滿量程調整等。3）采用硬件抗干擾技術：硬件抗干擾技術是設計系統(tǒng)是首選的抗干擾措施，它能有效印制干擾源，阻斷干擾傳輸通道。只要合理地布置與選擇有關參數，硬件抗干擾措施就能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾4）采用軟件抗干擾技術：盡管采取了硬件抗干擾措

21、施，但由于干擾信號產生的原因很復雜，且具有很大的隨機性，難以保證系統(tǒng)完全不受干擾。因此，往往在硬件抗干擾措施的基礎上，采取軟件抗干擾技術措施加以補充。軟件抗干擾方法具有簡單、靈活方便、耗費硬件資源少的特點，在微機測控系統(tǒng)中獲得了廣泛應用。常用的軟件抗干擾技術有：數字濾波、信息傳送過程的自動檢驗、系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視與發(fā)生故障時的自動恢復等。第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 三、抗干擾技術三、抗干擾技術 在絕緣基材的敷銅板上，按預定設計用印制的方法制成印制線路、印制元件或兩者組合而成的電路稱為印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）。不斷發(fā)展的PCB技術使電子產

22、品設計和裝配走向標準化、規(guī)?；?、機械化和自動化，并使電子產品體積減小、成本降低，可靠性、穩(wěn)定性提高，裝配，維修變得簡單等。 PCB是電子設備設計的基礎，是電子工業(yè)重要的電子部件之一。它的功能如下：提供集成電路等各種元器件固定、裝配的機械支撐。實現集成電路等各種元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣，提供所要求的電氣特性、特性阻抗、電磁屏蔽及電磁兼容性等。為自動錫焊提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。第二節(jié)第二節(jié) 硬件設計基礎知識硬件設計基礎知識 四、印制電路板四、印制電路板 一、一、IC元件的選擇元件的選擇 二、元件封裝設計二、元件封裝設計 三、三、PCB設計精度設計精度 四

23、、分離元件的正確使用四、分離元件的正確使用 五、高速五、高速PCB設計方法設計方法 六、六、PCB設計的一般原則設計的一般原則 第三節(jié)第三節(jié) 硬件設計中應注意的一些問題硬件設計中應注意的一些問題 在選擇IC元件的時候，要注意對于無鉛及有鉛元件的選擇。全球都已經開始提倡電子產品的無鉛化，而我國也正處于有鉛工藝向無鉛工藝轉換的過渡時期。因此，大部分元器件廠商提供的元器件也就出現了無鉛與有鉛兩種規(guī)格，有的廠商甚至已經停止有鉛元件的生產。所以當一個產品設計完成后，設計人員需要確認選擇的元器件是采用無鉛工藝的還是有鉛工藝的。如果在整個電路板上同時使用有鉛元件與無鉛元件，不僅會給SMT生產工藝帶來一定的困

24、難，還可能帶來整板一致性的缺陷。無鉛元件的回流焊峰值溫度在255左右，而有鉛元件的回流焊峰值溫度最高不超過235，而且兩種工藝的溫區(qū)數量也可能不同。因此，如果混用兩種材料，有可能導致有鉛元件被高溫損壞或無鉛元件（特別是BGA封裝的元件）所附錫球未達到熔點，從而出現虛焊或抗疲勞度下降等問題。針對這個工藝問題，在PCB板加工時也要做相應選擇，一個方面配合無鉛工藝，讓無鉛錫膏的焊接性得到加強，另一方面應用于有鉛制成的PCB板也無法承受過高的溫度，易造成板翹等不良現象。 第三節(jié)第三節(jié) 硬件設計中應注意的一些問題硬件設計中應注意的一些問題 一、一、IC元件的選擇元件的選擇 除了上面提到的進行元器件的有鉛

25、與無鉛的選擇外，在實際的硬件PCB設計中還需要關注IC元件的PCB封裝。1. 有關有關PIN引腳焊盤引腳焊盤通常，在設計PCB上的元件封裝的時候，封裝上的PIN引腳的焊盤最好比元件的實際焊盤大一些，這樣有利于焊接與調試。尤其是QFN或QPF的元件，因為其引腳基本上扣在芯片的底部，如果焊盤和芯片的實際焊盤大小一樣的話，一旦發(fā)生虛焊，就很難進行補救了，因為這個時候從外面很難進行焊接。2. 有關器件散熱有關器件散熱一些發(fā)熱量大的芯片的封裝也需要加以關注。 TPS65010的封裝，其底部有一個面積較大的焊盤，其實是用來給芯片散熱用的，而且這個焊盤通常都是接到芯片的地信號。對于這樣的芯片，在實際設計器封

26、裝的時候，底部的這個焊盤一定要設計進去，在芯片良好散熱的同時還要保證良好接地。第三節(jié)第三節(jié) 硬件設計中應注意的一些問題硬件設計中應注意的一些問題 二、元件封裝設計二、元件封裝設計 所謂的PCB設計精度也就是設計PCB時的最小線寬、最小線間距及最小過孔尺寸等。在進行布局設計時首先需要考慮PCB廠家可以進行生產的一些技術指標，比如國內現在一般整板的最小線徑和線間距是4mil，過孔的內徑是6mil，外徑是8mil，而如果要設計盲孔和埋孔的話，也需要和廠家確認可以加工的技術指標。其次還要考慮SMT機器貼片的精度，最好不要讓元器件之間間距過小。如果元器件間距小于SMT機器的最小精度，將會導致元器件在貼片

27、時碰飛。另外，需要考慮器件和板子邊緣的距離，不要和板子邊緣靠得太近，如果雙面貼元器件的話，還要考慮元器件的高度，以免引起安裝問題。第三節(jié)第三節(jié) 硬件設計中應注意的一些問題硬件設計中應注意的一些問題 三、三、PCB設計精度設計精度 在設計電路時不可避免地要使用到一些分離元件，那么就必須考慮分離元件的誤差精度，不要誤差過大。比如，有些地方選擇上拉電阻，這時可以綜合考慮下面一些因素：當TTL電路驅動COMS電路時，如果TTL電路輸出的高電平低于CMOS電路的最低高電平（一般為3.5V），就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。OC門電路必須加上拉電阻才能使用。為加大輸出引腳的驅動能力

28、，有的I/O管腳上也常使用上拉電阻。在COMS芯片上，為了防止靜電造成的損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻來降低輸入阻抗。芯片的管腳加上拉電阻可以提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號的噪聲容限，增強抗干擾能力。提高總線的抗電磁干擾能力，管腳懸空會比較容易接收外界的電磁干擾。1.長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加下拉電阻達到電阻匹配，可有效地抑制反射波干擾。第三節(jié)第三節(jié) 硬件設計中應注意的一些問題硬件設計中應注意的一些問題 四、分離元件的正確使用四、分離元件的正確使用 高速PCB設計，不僅意味著在生產工藝允許的情況下，用盡量短的敷銅線把器件互連就算完成，而是要從選擇高速器件開始，對關

29、鍵網絡、走線方式、長度進行控制，以及對PCB設計前的預設置，在PCB設計的同時進行仿真與分析，最后達到設計的要求。一個PCB上的信號是否作為高速信號來處理，取決于上升時間、導線長度和傳輸速率三個因素，所以高速PCB的設計的關鍵就是如何控制信號傳輸時間和信號的完整性。信號完整性可以從反射、地彈、串擾三個方面來分析。1，反射，反射 源端與負載端阻抗不匹配會引起線上反射（reflection），負載將一部分電壓發(fā)射回源端。如果負載阻抗小于源阻抗，反射電壓為負；反之，如果負載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。在高速系統(tǒng)中，反射會導致振鈴，很可能引起無效觸發(fā)或延遲觸發(fā)，使邏輯狀態(tài)不定。反射可以通過使印制導線

30、的長度短于1/2上升時間的傳輸長度，或者在印制導線的終端使輸入電導與特性電導相匹配來加以控制。還可以通過在印制導線終端接入匹配電阻的方法來控制信號反射。匹配電阻是常用的控制反射的方法，匹配電阻有并聯(lián)和串聯(lián)兩種方式。第三節(jié)第三節(jié) 硬件設計中應注意的一些問題硬件設計中應注意的一些問題 五、高速五、高速PCB設計方法設計方法 2，串擾，串擾串擾（crosstalk）就是指相鄰或相近的導體間不應有的能量耦合。在PCB設計中，典型的串擾發(fā)生在同一層印制導線間，但也可能發(fā)生在相鄰層的導線間。一般在設計PCB時，相鄰的兩層的走線應該是垂直的。串擾引起在第一個導體上的能量損失和在第二個導體上的信號干擾，串擾的

31、大小取決于源信號的頻率或上升時間、導線的幾何形狀、與鄰近導線的距離，以及網絡的拓撲結構等。PCB中一般有兩類串擾：電容性串擾和電感性串擾。電容性串擾是源于信號電壓與耦合電流在兩個方向上。電感性串擾是源于信號電源與耦合電壓在同一個方向上。電容性串擾可以用分離電路的方法減小，信號線距離越遠，電容越小，干擾越小。由于印制板空間的因素限制了兩條信號線之間的距離不可能太遠，另一個解決方案是在兩條相鄰的信號線之間加入一條地線。這個地線最好是實地。3，地彈（，地彈（ground bounce）在電路中有大的電流涌動時會引起地彈，如大量芯片的輸出同時開啟時，將有一個較大的瞬時電流在芯片和板子的電源平面流過。芯

32、片封裝與電源平面的電感和電阻會引起電源噪聲，這樣會在真正的地平面（0V）上產生電壓波動和變化，形成地彈。這個噪聲會影響其他元器件的動作，負載電容的增大、負載電阻的減小、地電感的增大、同時開關器件數目的增加均會導致地彈增大。第三節(jié)第三節(jié) 硬件設計中應注意的一些問題硬件設計中應注意的一些問題 五、高速五、高速PCB設計方法設計方法 1，布局，布局 首先要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，過小則散熱性不好。在確定PCB尺寸后，要確定特殊元件的位置布局。最后根據電路的功能單元，對電路全部元器件進行布局。 在布局的時候一般都要注意下面幾個問題：在布局的時候一般都要注意下面幾個問題：盡量縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互靠得太近，輸入和輸出的元件應盡量遠離。某些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。又大又重、發(fā)熱量大的元器件不適宜裝在印制板上，而應